电容式接近感应技术在智能手机中的新型应用

红外(IR)接近传感器目前被广泛的应用于智能手机中来防止通话时用户脸部造成的触摸屏误触，同时降低功耗。IR传感器具有探测距离远，反映速度快等优点，但是其昂贵的成本和复杂苛刻的装配要求，促使手机厂商寻求成本更低、结构简单的方案。电容式接近感应在白色家电、智能家居等领域的普及，为手机接近感应方案提供了一种有效的思路。本文提出了一种基于电容变化的手机接近感应方案，给出了具体的系统结构、硬件设计和控制要点。此方案已经成功地应用到知名品牌的手机产品中，取得了很好的效果。

电容式接近传感系统的结构如图1所示。控制器通过电极检测物体靠近手机时引起的电容值变化，一旦电容值变化超过控制器程序中设定的阈值，控制器便会向手机处理器发出中断信号， 如果此时手机正处于通话模式，主机将关闭LCD显示和触摸屏等部件，实现降低功耗和避免误触等目的。

图1 电容式接近传感器的系统结构

电极负责探测电容变化，其设计质量很大程序上决定了系统的整体性能。电极本质上就是一块平面导体，可以是FPC上的一块铜皮，也可以是电容触摸屏上的一块ITO薄膜。

图2给出的ITO薄膜电极的设计示例。电极的尺寸直接影响接近感应的探测距离。在其他设计不变时，探测距离随电极尺寸的增大而增大。电极在外形上要尽量圆滑，避免出现直角或者锐角，而且电极要尽量完整。在手机应用中，电极通常采用矩形来最大化感应面积，此时需要注意圆弧化电极的拐角。电极应该放在FPC或者ITO薄膜贴近触摸屏的一侧，而且背面的另一侧通常需要腾空。电极背面对应的手机前壳区域应当避免有大面积的金属，否则会影响探测距离。电极周边需要铺设地线来增强电容基准，屏蔽噪声，并且提高感应方向的直线性。电极和地线的间距建议为0.5mm到1mm, 地线的宽度根据具体情况而定，建议不小于1mm。电极到芯片的引线应该尽量短且细，以减少寄生电容和耦合噪声。

图2 ITO薄膜电极设计图

影响系统性能的另一个主要因素是控制器。我们选用了赛普拉斯(Cypress)公司具有全新Quitezone技术的可编程CapSense控制器CY8C20055。 Quitezone技术提供了无与伦比的抗辐射和传导噪声的能力，并且具有超低功耗，很适合在手机等移动终端中使用。该技术还实现了业界最佳的信噪比(SNR)，在高噪声的环境中也可以通过Cypress已获专利的CapSense Sigma-Delta (CSD) Plus算法实现低至0.1pF的电容变化检测，非常适合应用于接近感应。另外，CY8C20055采用SmartSense自动调教技术，可以实时动态补偿运行时的环境变化，从而保证性能的稳定性和通道之间的一致性。